Le givre se propage plus lentement sur les surfaces superhydrophobes via des « ponts de glace » suspendus
Le givre est une nuisance familière, sur les pare-brise, les serpentins de réfrigérateurs, les ailes d’avion et les échangeurs de chaleur, mais la physique de sa propagation recèle une subtilité importante que les ingénieurs pourraient désormais exploiter. Une étude publiée plus tôt cette année dans Nature Physics et rapportée le 9 juillet par Physics World révèle que le givre ne se développe pas toujours le long de la surface. Sur les matériaux superhydrophobes, il saute à travers l’air.
La découverte, réalisée par une équipe dirigée par Siyan Yang et Nenad Miljkovic à l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign, en collaboration avec des collègues de l’Université des Sciences et Technologies de Pékin et de l’ETH Zurich, renverse une hypothèse de longue date en physique du givre : que les ponts de glace, les minces connecteurs qui relient les gouttelettes d’eau en cours de congélation, se forment toujours le long du substrat.
Deux modes de croissance du givre
Lorsque des gouttelettes d’eau gèlent sur une surface froide, elles ne se transforment pas simplement en glace sur place. Lorsqu’une gouttelette gèle, la chaleur latente libérée pendant la congélation provoque le gel des gouttelettes surfondues voisines, reliées par des « ponts de glace » en croissance, de minces filaments de glace qui se propagent de la gouttelette gelée à ses voisines non gelées. La vitesse et la géométrie de cette propagation déterminent la rapidité avec laquelle le givre recouvre une surface.
Sur les surfaces hydrophiles (angle de contact inférieur à environ 90°), les ponts de glace se forment comme des « chaussées » 2D se développant le long du substrat. Le pont est en contact direct avec la surface, permettant un transfert de chaleur efficace et une propagation relativement rapide.
Sur les surfaces superhydrophobes, des matériaux conçus pour repousser l’eau avec des angles de contact supérieurs à 150 degrés, l’équipe a découvert un mécanisme fondamentalement différent. Au lieu de se développer le long de la surface, les ponts de glace se forment en suspension au-dessus d’elle : des filaments 3D qui s’arquent dans l’air d’une gouttelette à l’autre, touchant la surface uniquement à la base des gouttelettes.
L’angle critique
La transition entre les deux modes se produit à un angle de contact apparent critique d’environ 105°. Au-dessus de ce seuil, le mécanisme des ponts suspendus domine. La découverte a été rendue possible par l’imagerie par décalage de plan focal (FPSI), une technique de profilométrie qui reconstruit la structure 3D à partir d’une série d’images 2D à différentes profondeurs focales. La microscopie optique standard comprime la dimension verticale et ne peut pas distinguer un pont reposant sur la surface d’un pont suspendu au-dessus.
Une fois que l’équipe a su quoi chercher, les implications sont devenues claires.
Propagation plus lente
Les ponts suspendus se propagent plus de 80 % plus lentement que leurs homologues liés à la surface. Les raisons sont doubles : les ponts sont plus longs (ils doivent s’arquer dans l’air plutôt que suivre la surface) et ils échangent la chaleur moins efficacement avec le substrat (la couche d’air agit comme un isolant thermique).
La signification pratique a été testée directement. Sur des échangeurs de chaleur à tubes ailetés en aluminium de taille métrique, le type utilisé dans les systèmes de climatisation, de réfrigération et de pompe à chaleur, l’application d’un revêtement superhydrophobe a presque doublé le temps de propagation du givre et retardé l’apparition de la couverture de givre.
Ce que cela signifie pour la conception antigivre
Cette découverte fournit une explication mécaniste de la raison pour laquelle les surfaces superhydrophobes ont longtemps été observées pour supprimer la formation de givre, même si la physique spécifique restait floue. Plus important encore, elle suggère un principe de conception : plutôt que de se concentrer uniquement sur le retardement de la nucléation initiale de la glace, qui a été la stratégie antigivre dominante, les surfaces peuvent être conçues pour contrôler la géométrie de la croissance des ponts de glace elle-même, favorisant le mode suspendu plus lent.
Les travaux ont été soutenus par l’Air Conditioning and Refrigeration Center (ACRC) de l’UIUC et l’International Institute for Carbon Neutral Energy Research (WPI-I2CNER) de l’Université de Kyushu.
Traduit par Lydie
Sources :
1. Yang, S., Chu, F., Ganesan, V. et al. “Growth and control of suspended ice bridges during sessile droplet freezing.” Nature Physics (2026). DOI: 10.1038/s41567-026-03296-2
2. Dumé, I. “Frost spreads across surfaces via suspended ‘ice bridges.'” Physics World, July 9, 2026. https://physicsworld.com/a/frost-spreads-across-surfaces-via-suspended-ice-bridges/